计及不平衡功率最优分配的直流电压控制器及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种计及不平衡功率最优分配的直流电压控制器及多端直流输电系统，包括固定斜率的直流电压控制器设计、计及不平衡功率最优分配斜率设计以及计及不平衡功率最优分配斜率直流电压控制器设计。本发明专利技术具有优点：无需设计上层控制器，也不需要通过通讯系统进行换流站间的功率调度；工作在直流电压模式的换流站按等耗微增的原则承担不平衡功率，实现功率的最优分配，提高经济效益；系统为两点直流电压控制系统，当其中一点的换流站因故退出时，另一点的换流站主动承担不平衡功率，保证系统稳定运行，克服了单点直流电压控制系统的不足。

【技术实现步骤摘要】
计及不平衡功率最优分配的直流电压控制器及系统
本专利技术涉及电气工程领域，具体是一种计及(考虑到)不平衡功率最优分配的直流电压控制器及系统。
技术介绍
随着传统能源资源的紧缺，以及人们对于环境保护、可持续发展的重视，风电、光伏发电等可再生能源的高效及规模化利用凸显其重要的意义，其中，海上风电的利用则因其诸多优点而倍受青睐。目前，大型海上风电场的远距离传输通常采用基于VSC-HVDC的系统。在双端高压直流输电的基础上，多端直流输电MTDC技术逐渐完善并得以应用。多端直流输电系统至少包含3个及3个以上的换流站。由于电力传输的迅速发展，传统的两端HVDC已经逐渐不能满足要求，多端直流输电越来越受到人们重视。与双端高压直流系统相比，多端直流输电系统除了需要考虑各个换流站自身的控制之外，还要考虑各个换流站之间的协调控制，直流电压斜率控制器通过多个具备功率调节能力的换流站稳定直流电压，不需要控制模式的切换就能实现直流功率的快速分配，但是，传统单点固定斜率直流电压控制器有如下缺点：1、系统单点电压控制，系统可靠性不高；2、控制器中采用固定斜率，不平衡功率平均分配，经济性低；3、具有调节能力的换流站发生故障，全系统停止工作。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的在于引入有功功率平衡与发电厂间负荷的最优分配概念以及等耗微增原则，针对固定直流电压斜率控制的不足，提出计及换流站间不平衡功率最优分配的直流电压控制。根据本专利技术提供的一种计及不平衡功率最优分配的直流电压控制器，包括直流电压斜率控制器；所述直流电压斜率控制器，用于：将换流站有功功率P减去换流站有功功率参考值Pref，得到的差值乘以直流电压控制斜率K，得到的乘积加上直流电压参考值Udcref，将得到的和值减去采集的直流电压Udc，将得到的差值通过PI控制器经限幅输出得到d轴电流参考值Idref；其中：Udc＝Udcref+K(P-Pref)。根据本专利技术提供的一种多端直流输电系统，包括两个供电电源端的换流站VSC1、VSC2，换流站VSC1、换流站VSC2均采用权利要求1所述的计及不平衡功率最优分配的直流电压控制器；VSC1与VSC2共同承担调节的有功功率为P，各自承担功率分别为P1、P2；VSC1承担功率、VSC2承担功率均与总功率成一次函数关系；VSC1的承担功率P1为：VSC2的承担功率P2为：其中：VSC1煤耗量F1特性曲线如下：F1＝k3+k2P1+k1P12k1表示二次函数F1的二次项系数，k2表示二次函数F1的一次项系数，k3表示二次函数F1的零次项系数；VSC2煤耗量F2特性曲线如下：F2＝k4+k5P2+k6P22k4表示二次函数F2的零次项系数，k5表示二次函数F2的一次项系数，k6表示二次函数F2的二次项系数。优选地，VSC1、VSC2采用的直流电压斜率控制器的斜率被改正为：其中：表示VSC1采用的直流电压斜率控制器的改正后的直流电压控制斜率；K1表示VSC1采用的直流电压斜率控制器的原来固定的直流电压控制斜率；表示VSC2采用的直流电压斜率控制器的改正后的直流电压控制斜率；K2表示VSC2采用的直流电压斜率控制器的原来固定的直流电压控制斜率；其中，所述原来固定的直流电压控制斜率，是指通过Udc＝Udcref+K(P-Pref)计算得到的直流电压控制斜率，即未考虑最优分配前的直流电压控制斜率。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、无需设计上层控制器，也不需要通过通讯系统进行换流站间的功率调度。2、工作在直流电压模式的换流站按等耗微增的原则承担不平衡功率，实现功率的最优分配，提高经济效益。3、系统为多点直流电压控制系统(例如两点直流电压控制系统)，当其中一个换流站因故退出时，另一换流站主动承担不平衡功率，保证系统稳定运行，克服了单点直流电压控制系统的不足。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是直流电压-有功功率斜率控制特性。图2是直流电压斜率控制器设计。图3是5端直流输电系统仿真模型。图4是正常工作状态直流电压波形。图5是正常工作状态下VSC3、VSC4功率波形。图6是采用计及不平衡功率最优分配的直流电压控制器的VSC1、VSC2功率波形。图7是采用固定斜率的直流电压控制器的VSC1、VSC2功率波形。图8是VSC1换流站故障短时退出时的直流电压波形。图9是VSC1换流站故障短时退出时的各换流站有功功率波形。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案，包括以下步骤：步骤1：直流电压斜率控制器设计，采用多点直流电压控制，增加了整个直流电压斜率控制器所在系统直流功率的调节能力，能够提高直流电压的总体质量。在多电源供电VSC-MTDC输电系统中，直流电压斜率控制器应用在多个具有功率调节能力的换流站来稳定直流电压，实现直流功率的快速分配，而且不需要进行换流站工作模式的切换，换流站之间也无需通信。直流电压斜率控制基本原理及控制结构分别如图1、图2所示。直流电压与直流功率之间的斜率关系为：Udc＝Udcref+K(P-Pref)(1)其中，Udc为直流电压，Udcref为直流电压参考值，K为直流电压控制斜率，P为换流站有功功率，Pref为换流站有功功率参考值。由式(1)可知，直流电压控制斜率K的大小与直流网络中的不平衡有功功率的分配有着直接的关系。若每个具有功率调节的换流站采用相同的斜率K，则不平衡功率平均分配。若K值不同，则具有较大的斜率K的换流站将承担较小的不平衡功率，换流站所具有的斜率K越小，则承担越多的不平衡功率。如图1所示，具有功率调节的换流站初始运行在状态1，当有源网络或者无源负荷发生变化时，直流网络产生不平衡功率，VSC1与VSC2沿着各自斜率曲线寻找新的工作稳定点，即状态2。采用直流电压斜率控制方式的换流站能够对直流网络的潮流变化做出快速地响应，依据固定斜率调整直流功率。但是传统固定斜率的直流电压控制器的不足也相当明显。一方面，固定斜率的控制器并未考虑经济最优原则对不平衡功率进行分配；另一方面，也并未考虑换流站的实际运行工况以及功率裕度。由于VSC-MTDC网络的健壮性，换流站在短时间内是允许工作在过载状态，因此，这里主要对不平衡功率的最优分配进行分析。图1中：VCS1表示换流站A；P1表示换流站A的实际有功功率；P1ref表示换流站A的有功功率参考值；P1、P1’分别表示状态1下换流站A的有功功率值和状态2下换流站A的有功功率值；Udc1、Udc1’分别表示状态1下换流站A的直流电压值和状态2下的换流站A直流电压值；VCS2表示换流站B；P2表示换流站B的实际有功功率；P2ref表示换流站B的有功功率参考值；P2、P2’分别表示状态1下换流站B的有功功率值和状态2下换流站B的有功功率值；Udc2、Udc2’分别表示状态1下换流站B的直流电压值和状态2下换流站B的直流电压值；纵坐标轴Udc1、Udc2分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及不平衡功率最优分配的直流电压控制器，其特征在于，包括直流电压斜率控制器；所述直流电压斜率控制器，用于：将换流站有功功率P减去换流站有功功率参考值Pref，得到的差值乘以直流电压控制斜率K，得到的乘积加上直流电压参考值Udcref，将得到的和值减去采集的直流电压Udc，将得到的差值通过PI控制器经限幅输出得到d轴电流参考值Idref；其中：Udc＝Udcref+K(P‑Pref)。

【技术特征摘要】
1.一种多端直流输电系统，其特征在于，包括两个供电电源端的换流站VSC1、VSC2，换流站VSC1、换流站VSC2均采用计及不平衡功率最优分配的直流电压控制器；所述计及不平衡功率最优分配的直流电压控制器，包括直流电压斜率控制器；所述直流电压斜率控制器，用于：将换流站有功功率P减去换流站有功功率参考值Pref，得到的差值乘以直流电压控制斜率K，得到的乘积加上直流电压参考值Udcref，将得到的和值减去采集的直流电压Udc，将得到的差值通过PI控制器经限幅输出得到d轴电流参考值Idref；其中：Udc＝Udcref+K(P-Pref)；VSC1与VSC2共同承担调节的有功功率为P，各自承担功率分别为P1、P2；VSC1承担功率、VSC2承担功率均与总功率成一次函数关系；VSC1的承担功率P1为：VSC2的承担功率P2为：其中：VSC1煤耗量F1特性曲线如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：江斌开，王志新，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31